CN103562565B - 回转式工程机械 - Google Patents

Abstract

回转式工程机械包括：用于回转驱动的液压马达即回转马达(11)、可变容量型液压泵(10)、包含操作部件(12a)的回转操作装置(12)、基于回转操作装置(12)的操作信号控制回转马达(11)的控制阀(13)、泵调节器(25)、使剩余油流入油箱(T)的泄压阀(27)、检测操作部件(12a)的操作方向及操作量的操作检测器(28、29)、马达转速检测器(30)、以及控制液压泵(10)的喷出流量的控制器(26)。控制器(26)求出由回转操作量求出的回转马达(11)的目标转速与马达转速检测器(30)所检测出的实际转速的偏差，并控制喷出流量，以使该偏差接近于0。

Description

回转式工程机械

技术领域

本发明涉及挖掘机等回转式工程机械。

背景技术

以挖掘机为例，对本发明的背景技术进行说明。

一般的挖掘机例如如图6所示，包括：履带式下部行走体1；上部回转体2，绕垂直于地面轴X回转自如地搭载在所述履带式下部行走体1上；以及挖掘附属装置3，安装于所述上部回转体2。挖掘附属装置3具有：起伏自如的动臂4、安装在该动臂4前端的斗杆5、安装在该斗杆5前端的铲斗6、以及分别用于使所述动臂4、斗杆5及铲斗6工作的缸体(液压缸)即动臂液压缸7、斗杆液压缸8及铲斗液压缸9。而且，设置有回转马达作为所述液压缸7～9以外的液压致动器，该回转马达包括：驱动下部行走体1的左右履带的左右的行走马达、和用于回转驱动上部回转体2的液压马达。

为了使所述各致动器工作，使用作为其液压源的液压泵、作为操作装置的遥控阀、以及基于所述遥控阀的操作，控制从所述液压泵向各致动器供应工作油及从该致动器排出工作油的控制阀，由此，控制各致动器的工作方向和工作速度。在针对所述各致动器而构建的致动器回路中，在泵喷出管路与油箱之间设置有主泄压阀(以下仅称为泄压阀)，使得回路配管或设备等不会因高压而破损，若回路压力超过泄压力，则该主泄压阀打开，使压油流入油箱。

在所述致动器回路中的用于驱动回转马达的回转回路中，使用可变容量泵作为所述液压泵，并且经常采用遥控阀的操作量(以下称为回转操作量)越大，则使该泵的喷出流量(以下称为泵流量)越多的所谓的正控制。在此情况下，由所述回转操作量决定的泵流量与在所述回转马达转动中所实际使用的马达流量即回转流量之差，是从泄压阀流入油箱的工作油的流量即剩余流量，该剩余流量即泄压流量越多，则液压泵的能量效率越差。

以往，为了抑制该剩余流量，如专利文献1所示，以下的技术已为公众所知：根据回转时的泵压和泄压阀的压力特性推算泄压流量，并控制泵流量，以使该推算值变成0。然而，对于以所述方式，根据泄压阀的压力特性来“推算”泄压流量即剩余流量的技术，作为推算依据的压力特性本身存在各泄压阀自身的误差或由温度引起的误差，因此，难以高精度地获得推算值。这有可能会导致因伴随流量不足的不充分的回转速度而使作业效率下降，或相反地因伴随流量过多的剩余流量的增大而使节能效果下降。

专利文献1：日本专利公开公报特开2004-225867号。

发明内容

本发明的目的在于提供以下的回转式工程机械，其能够准确地求出剩余流量，从而适当地控制用于回转驱动的液压泵的流量。本发明所提供的回转式工程机械包括：下部行走体；上部回转体，回转自如地搭载在所述下部行走体上；回转马达，是通过接受工作油的供应而回转驱动上部回转体的液压马达；可变容量型的液压泵，用于将所述工作油供应至所述液压马达；泵调节器，使所述液压泵的喷出流量发生变化；回转操作装置，包含为了输入与所述回转驱动相关的指令而受到操作的操作部件，输出对应于所述操作部件的操作的操作信号；控制阀，基于所述回转操作装置的操作信号，控制工作油向所述液压马达的供应以及从所述液压马达的喷出；泄压阀，使从所述液压泵喷出的工作油中的剩余部分返回油箱；操作检测器，检测所述回转操作装置的操作部件的操作方向及操作量；马达转速检测器，检测所述回转马达的转速；以及控制器，向所述泵调节器指示所述液压泵的喷出流量，其中，所述控制器求出所述回转马达的目标转速与所述回转马达的实际转速的偏差，即相当于所述剩余的工作油的流量的剩余流量的值，并控制所述液压泵的喷出流量，以使所述偏差接近于0，所述回转马达的目标转速由所述回转操作装置的操作部件的操作量求出，所述回转马达的实际转速由所述马达转速检测器检测出。

附图说明

图1是表示本发明实施方式所涉及的回转回路的图。

图2是表示所述实施方式所涉及的控制器所进行的运算控制内容的方框线图。

图3是表示所述实施方式中的回转操作量与目标转速的关系的图。

图4是在所述实施方式中根据回转操作量的大小来改变增量的说明图。

图5是用于说明所述实施方式中的基于第二正控制的电流值与基于第一正控制的电流值之间的低位选择的图。

图6是表示一般的挖掘机的侧视图。

具体实施方式

对本发明的实施方式进行说明。本实施方式与所述背景技术同样地，将图6所示的挖掘机作为适用对象。

图1表示本发明实施方式所涉及的回转回路，即用于回转驱动图6所示的上部回转体2的回路。该回路包含：液压泵10，由未图示的发动机驱动且作为液压源；回转用的液压马达即回转马达11，通过被供应从所述液压泵10喷出的工作油而转动，回转驱动上部回转体2；作为回转操作装置的遥控阀12，包含操作杆12a，该操作杆12a***作以输入所述回转驱动的指令；以及控制阀13，设置在液压泵10及油箱T与回转马达11之间，是能够由所述遥控阀12操作的液压先导式切换阀。

所述回转马达11分别具有作为第一端口及第二端口的左端口11a及右端口11b，当从左端口11a供应工作油时，从右端口11b喷出该工作油，使图6所示的上部回转体2左回转，相反地，当从右端口11b供应工作油时，从左端口11a喷出该工作油，使所述上部回转体2向右回转。

所述遥控阀12的操作杆12a在中立位置与左右的回转位置之间受到操作，遥控阀12从对应于该操作方向的端口输出大小对应于操作量的先导压。通过该先导压将控制阀13从图示的中立位置13a切换至左回转位置13b或右回转位置13c，由此，工作油向回转马达11的供应方向以及从回转马达11喷出的左右的喷出方向、和该工作油的流量受到控制。换句话说，进行回转状态的切换，即，向(包含起动的)加速、恒定速度下的稳定运转、减速及停止的各状态的切换，以及进行回转方向及回转速度的控制。

所述回路包含：作为第一管路及第二管路的左回转管路14及右回转管路15、泄压阀回路18、止回阀回路21、连通道22、补充管路23及用于将回路压力限制在设定值以下的主泄压阀27。

左回转管路14连接所述控制阀13和回转马达11的左端口11a，右回转管路15连接所述控制阀13和所述回转马达11的右端口11b。所述泄压阀回路18、止回阀回路21及连通道22设置在两个回转管路14、15之间。

设置所述泄压阀回路18，使两个回转管路14、15彼此连接。该泄压阀回路18包含相当于制动阀的一对泄压阀16、17，所述泄压阀16、17设置为使出口彼此相对向且连接。

所述止回阀回路21以与所述泄压阀回路18并列的状态设置在比所述泄压阀回路18更靠近所述回转马达11的位置，以使两个回转管路14、15彼此连接。该止回阀回路21包含一对止回阀19、20，所述止回阀19、20以使入口彼此相对向且连接的方式设置。

所述连通道22连接所述泄压阀回路18中的位于两个泄压阀16、17之间的部位、和所述止回阀回路21中的位于两个止回阀19、20之间的部位。所述补充管路23将所述连通道22连接于油箱T以吸起工作油。在该补充管路23中设置有背压阀24。

该装置中，当遥控阀12未受到操作时，即，当该遥控阀12的操作杆12a处于中立位置时，控制阀13保持在图1所示的中立位置13a。若从该状态对操作杆12a进行操作，则控制阀13会以对应于所述操作杆12a的操作量的行程，从中立位置13a向图左侧的位置(左回转位置)13b或右侧的位置(右回转位置)13c动作。

控制阀13在所述中立位置13a处，将两个回转管路14、15与泵10截断，不使回转马达11转动。若从该状态向左回转侧或右回转侧对遥控阀12的操作杆12a进行操作，则控制阀13会切换至左回转位置13b或右回转位置13c，从而允许从液压泵10向左回转管路14或右回转管路15供应工作油。由此，回转马达11向左或右转动，从而变成回转驱动上部回转体2的状态即加速或稳定运转状态。此时，从回转马达11喷出的油经由控制阀13返回油箱T。在回转中，当回路压力超过设定值时，所述主泄压阀27打开，使剩余的工作油返回油箱T。

另一方面，例如在右回转驱动中对遥控阀12进行减速操作，即，该遥控阀12的操作杆12a返回中立位置或向返回中立位置的方向受到操作时，停止向回转马达11供应压油及使油停止从回转马达11返回油箱T，或者使该被供应的工作油的流量及返回油的流量减少。另一方面，回转马达11会因上部回转体2的惯性而继续进行右回转，因此，其出口节流侧即左回转管路14中的压力升高，若该压力达到一定值，则图左侧的泄压阀16会打开，左回转管路14的油如图1的虚线箭头所示，依次通过所述泄压阀16、连通道22、图右侧的止回阀20及右回转管路(入口节流侧管路)15流入回转马达11。由此，回转马达11进行惯性转动，并且接受由所述泄压作用产生的液压制动力而减速并停止。在从左回转减速/停止时，也与所述情况相同。另外，在所述减速中，回转管路14或15倾向于变成负压时，油箱油通过补充管路23、连通道22及止回阀回路21这一路径被吸起至回转管路14或15，由此防止气穴现象。

所述液压泵10是可变容量型液压泵，其具有可变的倾转角，且其喷出流量会因该倾转角的变化而发生变化。而且，本实施方式所涉及的回路还包括：泵调节器25，使所述液压泵10的倾转角及其喷出的工作油的流量即喷出流量发生变化；控制器26，通过将流量指令输入该泵调节器25来控制所述液压泵10的喷出流量；作为操作检测器的先导压传感器28、29；作为马达转速检测器的转速传感器30；以及增量调节器31。

所述各先导压传感器28、29检测从所述遥控阀12输出的先导压作为回转操作量，并输出对应于该先导压的操作检测信号。所述转速传感器30检测所述回转马达11的转速，并输出对应于该转速的转速检测信号。

所述控制器26基于从所述先导压传感器28、29输入的操作检测信号、和从所述转速传感器30输入的转速检测信号，运算必要的泵流量即所述液压泵10的喷出流量、和用于获得该泵流量的泵倾转角，并指示泵调节器25将实际倾转角调节成该运算出的泵倾转角。

所述增量调节器31是供操作员手动地任意变更增量(比例常数)而受到操作的调节器，其将对应于该操作的增量调节信号输入所述控制器26，所述增量(比例常数)是为了供所述控制器26运算泵流量而设定的增量。

接着，参照图2的方框线图说明由所述控制器26进行的具体的控制动作。

对于所述回转回路，控制器26基本上实施正控制。具体而言，首先，根据预先以图3的方式设定的先导压(回转操作量)/目标转速的特性，求出对应于回转操作量的回转马达11的目标转速即一次目标转速nt1，将该一次目标转速nt1与转速传感器30所检测出的回转马达11的实际的转速即实际转速nr作比较。即，求出所述目标转速nt1与实际转速nr的偏差α，在步骤S1中，将增量乘以所述偏差α而算出修正转速nre。

在此，参照图4说明乘以所述增量的理由。图4左侧的曲线图与回转操作量较大的情况相关，右侧的曲线图与回转操作量较小的情况相关，从上起的第一层的曲线图表示先导压的时间变化，第二层的曲线图表示一次目标转速nt1及实际转速nr的时间变化，第三层的曲线图表示增量的时间变化，第四层的曲线图表示泵流量的时间变化。

如图4的第一层的曲线图所示，根据回转操作量的大小，遥控阀12所输出的先导压的值及其上升角度有所不同。结果，如第二层的曲线图所示，回转操作量越大，则初始的一次目标转速ntl与实际转速nt1的偏差α越大。因此，在通常的正控制下，在回转操作量较大的情况下，泵流量急剧增加，且剩余流量增加，相反地，在回转操作量较小的情况下，泵流量的追随性变差。

因此，如图4的第三层的曲线图所示，在回转操作量较大的情况下，降低增量以降低泵流量，在回转操作量较小的情况下，增大增量以增大泵流量，由此，如第四层的曲线图所示，在回转操作量较大的情况下，能够抑制剩余流量的产生，从而减少能量损耗，在回转操作量较小的情况下，能够改善泵流量的追随性即致动器的响应性。所述增量的大小是控制器26根据所述回转操作量的大小而自动设定的，但在本实施方式中，还能够由操作员对增量调节器31进行操作，从而根据该操作员的喜好或用途等手动地选择、变更所述增量的大小。

控制器26在接下来的步骤S2中，将所述修正转速nre与实际转速nr相加而求出二次目标转速nt2，然后求出用于获得该目标二次转速nt2的马达流量(回转流量)Qs。

控制器26在接下来的步骤S3中，求出用于获得所述回转流量Qs的泵倾转角qs，然后在步骤S4中，求出为了实现该泵倾转角qs而应从控制器26向泵调节器25供应的电流即第一正控制电流ip1。

另一方面，控制器26另外根据仅由回转操作量决定的目标转速即一次目标转速nr1，依次运算用于实现该一次目标转速nr1的泵流量→回转流量→泵倾转角，由此推算出第二正控制电流ip2，在步骤S5中，进行所述第一正控制电流ip1与所述第二正控制电流ip2之间的低位选择。

参照图5说明该低位选择的含义。图5表示回转减速停止时的先导压、目标转速、电流值及实际转速的推移。图5中，“第一正控制”是指将增量乘以偏差α的本发明固有的控制，“第二正控制”是指以往进行的仅由回转操作量来决定目标转速的控制。图5上部的左侧的曲线图与第二正控制相关，右侧的曲线图与第一正控制相关。

在所述上部回转体2的回转中，遥控阀12的操作杆12a从左回转位置或右回转位置返回中立位置时，从该操作时刻起，目标转速及正控制电流减少，由此，实际转速nr逐渐减小直至回转停止。此处，在第二正控制下，在操作杆12a到达中立位置的时刻，正控制电流最小，从该时刻略微经过一些时间间隔后，上部回转体2停止回转，而在第一正控制下，由于反馈实际转速，所以电流值及实际转速nr的减小过程需要比第二正控制更多的时间，回转停止稍迟。因此，此时通过选择比第一正控制电流ip1的值更低的第二正控制电流ip2的值，如图5最下层的曲线图所示，能够迅速地使实际转速nr减小而停止回转。相反地，在包含起动的加速时，通过选择相对较低的第一正控制电流ip1的值，能够削减剩余流量。

这样，根据本实施方式所涉及的回转***，对应于回转操作量的回转马达11的目标转速即一次目标转速nt1与检测出的实际转速nr的偏差α即相当于剩余流量的值的计算、和使该值接近于0的泵流量控制，与基于泄压流量的推算值控制泵流量的公知技术相比，能够更准确地基于剩余流量来适当地控制流量，由此，能够抑制回转时的剩余流量而提高能量效率。

另外，本实施方式所涉及的控制器26将回转操作量越大则越小的增量，乘以根据回转操作量而求出的一次目标转速nt1与实际转速nr的偏差α，求出修正转速nre，并基于由该修正转速nre与实际转速nr之和决定的二次目标转速nt2，求出应向回转马达11供应的回转流量Qs，因此，在包含起动时的加速时，在所述回转操作量较大的情况下，能够抑制泵流量的增加而减少剩余流量，另一方面，在所述回转操作量较小的情况下，能够改善速度追随性。

而且如上所述，第一正控制电流ip1的值及第二正控制电流ip2之间的低位选择能够取得加速时的高节能效果，且能够实现减速停止时的高响应性。然而，本发明还包含不进行该低位选择的方式，该方式也能够实现准确地求出剩余流量这一本发明的基本目的。

本发明所涉及的回转式工程机械并不限于挖掘机。例如还能够适用于利用挖掘机的母体构成的拆楼机或破碎机等其他回转式工程机械。

如上所述，本发明提供以下的回转式工程机械，其能够准确地求出剩余流量，从而适当地控制用于回转驱动的液压泵的流量。该回转式工程机械包括：下部行走体；上部回转体，回转自如地搭载在所述下部行走体上；回转马达，是通过接受工作油的供应而回转驱动上部回转体的液压马达；可变容量型的液压泵，用于将所述工作油供应至所述液压马达；泵调节器，使所述液压泵的喷出流量发生变化；回转操作装置，包含为了输入与所述回转驱动相关的指令而受到操作的操作部件，输出对应于所述操作部件的操作的操作信号；控制阀，基于所述回转操作装置的操作信号，控制工作油向所述液压马达的供应以及从所述液压马达的喷出；泄压阀，使从所述液压泵喷出的工作油中的剩余部分返回油箱；操作检测器，检测所述回转操作装置的操作部件的操作方向及操作量；马达转速检测器，检测所述回转马达的转速；以及控制器，向所述泵调节器指示所述液压泵的喷出流量，其中，所述控制器求出所述回转马达的目标转速与所述回转马达的实际转速的偏差，即相当于所述剩余的工作油的流量的剩余流量的值，并控制所述液压泵的喷出流量，以使所述偏差接近于0，所述回转马达的目标转速由所述回转操作装置的操作部件的操作量求出，所述回转马达的实际转速由所述马达转速检测器检测出。

即，所述控制器具有：偏差推算部，推算所述目标转速与所述实际转速的偏差或相当于该偏差的值；以及喷出流量控制部，控制所述液压泵的喷出流量，以使该推算出的值接近于0。此种对应于回转操作量的回转马达的目标转速与检测出的实际转速的偏差α即相当于剩余流量的值的计算、和使该值接近于0的泵流量控制，与基于泄压流量的推算值控制泵流量的公知技术相比，能够更准确地基于剩余流量来适当地控制流量。由此，能够抑制回转时的剩余流量而提高能量效率。

更为理想的是，所述控制器以所述回转操作装置的操作部件的操作量即回转操作量越大则越小的方式决定增量，将所述增量乘以由所述回转操作量求出的目标转速即一次目标转速与实际转速的偏差而求出修正转速，根据由所述修正转速与所述实际转速之和决定的二次目标转速来求出应向所述回转马达供应的回转流量，以获得所述回转流量的方式控制所述液压泵的喷出流量。换句话说，所述喷出流量控制部具有：增量设定部，设定所述回转操作装置的操作部件的操作量即回转操作量越大则越小的增量；修正转速决定部，将所述增量乘以根据所述回转操作量而求出的目标转速即一次目标转速与实际转速的偏差，求出修正转速；回转流量决定部，根据由该修正转速与所述实际转速之和决定的二次目标转速，求出应向所述回转马达供应的回转流量；以及喷出流量调节部，基于该回转流量决定部调节所述液压泵的喷出流量。

此种包含基于回转操作量的增量设定的运算控制能够根据回转操作量，获得适当的流量特性。具体而言，特别是在包含起动时的回转加速时，所述回转操作量越大，则所述偏差越大，且剩余流量越多，因此，回转操作量越大，则将越小的增量乘以所述偏差，抑制泵流量的增加，由此，能够减少剩余流量，另一方面，当相对于泵流量的增加，容易延迟马达速度变化的回转操作量较小时，通过使用较大的增量，能够改善速度追随性。

另外，更为理想的是，所述控制器在基于所述回转操作装置的操作部件的操作量和偏差而求出的第一值、与仅基于所述回转操作装置的操作部件的操作量而决定的第二值之间进行低位选择，以作为对应于所述液压泵的喷出流量的值，并以选择的值为目标来控制所述液压泵的喷出流量。这能够执行对应于回转加速、减速停止的适当的流量控制。具体而言，在回转加速时，选择基于使偏差接近于0的反馈控制的第一值，由此，能够迅速地使剩余流量变成0，从而获得高节能效果，另一方面，在减速停止时，选择基于对应于回转操作量的正控制控制的第二值(为了在操作量为0时，使泵流量为0)，由此，与继续输出泵流量直至回转马达的实际转速变成0的以往的控制，即基于所述第一值的控制相比，能够迅速地使上部回转体停止回转，即提高停止的响应性。

Claims (1)

1.一种回转式工程机械，其特征在于包括：

下部行走体；

上部回转体，回转自如地搭载在所述下部行走体上；

回转马达，是通过接受工作油的供应而回转驱动上部回转体的液压马达；

可变容量型的液压泵，用于将所述工作油供应至所述液压马达；

泵调节器，使所述液压泵的喷出流量发生变化；

回转操作装置，包含为了输入与所述回转驱动相关的指令而受到操作的操作部件，输出对应于所述操作部件的操作的操作信号；

控制阀，基于所述回转操作装置的操作信号，控制工作油向所述液压马达的供应以及从所述液压马达的喷出；

泄压阀，使从所述液压泵喷出的工作油中的剩余部分返回油箱；

操作检测器，检测所述回转操作装置的操作部件的操作方向及操作量；

马达转速检测器，检测所述回转马达的转速；以及

控制器，向所述泵调节器指示所述液压泵的喷出流量，其中，

所述控制器求出所述回转马达的目标转速与所述回转马达的实际转速的偏差，即相当于所述剩余的工作油的流量的剩余流量的值，并控制所述液压泵的喷出流量，以使所述偏差接近于0，所述回转马达的目标转速由所述回转操作装置的操作部件的操作量求出，所述回转马达的实际转速由所述马达转速检测器检测出，

所述控制器以所述回转操作装置的操作部件的操作量即回转操作量越大则越小的方式决定增量，将所述增量乘以由所述回转操作量求出的目标转速即一次目标转速与实际转速的偏差而求出修正转速，根据由所述修正转速与所述实际转速之和决定的二次目标转速来求出应向所述回转马达供应的回转流量，以获得所述回转流量的方式控制所述液压泵的喷出流量。

2. 根据权利要求1所述的回转式工程机械，其特征在于：

所述控制器在基于所述回转操作装置的操作部件的操作量和偏差而求出的第一值、与仅基于所述回转操作装置的操作部件的操作量而决定的第二值之间进行低位选择，以作为对应于所述液压泵的喷出流量的值，并以选择的值为目标来控制所述液压泵的喷出流量。